采用遗传算法对智能压路机振动系统PID参数的整定
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１ ６
液压 与 气动
２０ ０６年第 ６ 期
采 用 遗 传 算 法 对 智 能 压 路 机 振 动 系统 ＰＤ 参 数 的整 定 Ｉ
张 奕。 邰 云。 龙水根
Ｃ ｎ ｒ ｎ ｈ Ｉ Ｐ ｒ ｍｅｅ ｓｏ ｎ ｅｌ ｅ ｔＶｉｒ ｔｒ ｏ ｆ ｍｉｇ ｔｅ Ｐ Ｄ ａ ａ ｔｒ ｆＩ ｔｌｉ ｎ ｂ ａｏｙ ｉ ｇ
７０６ ） １０ ４
摘 要： 文章提 出了采用遗传算法对智能压路机振动 系统 Ｐ Ｉ Ｄ参数进行整定的方法 ； 了遗传算法适 介绍 应度函数的选择 ， 并进行 了仿真计算。仿真结果显示采用遗传算法进行 Ｐ Ｉ Ｄ参数整定后的振动 系统具有 良
好 的控 制特性 。
关键词： 智能压路机 ； 振动 系统 ； 遗传算法；Ｉ ＰＤ参数整定 中图分类号 ：Ｐ７ 文献标识码 ： 文章编号 ： Ｏ－８８２ｏ ）６ ０６ ３ Ｔ ２３ Ｂ ｌ Ｏ ５ （ｏ６ｏ． １． Ｏ ４ ０ ０
验结 合试 凑法 或经 验 数据 进行 的 ， 往往 带有 经验 性 ， 并
式中 ——液压谐振频率， ｈ ／ Ｌ ＶＪ 叫 ＝￣』ｏ ／ ｏ ９
— —
马达 轴转 角 ， ｄ ｔ ａ
艿 尼 一阻
几 。— —
别 ＋ 别
叫１ — 容积 滞后 频率 ， — ∞ｌ＝ 卢 Ｃ／ 。
要从事液 压传 动与控 制 ， 程机 械机 电液． 工 体化 技术 以及 智能 化工程机械 等方面的教学 、 研和实验室建设 工作。 科
维普资讯 http://www.cqvip.om２０ ０６年第 ６期
— —
液压 与气动
２ ３ 参数整定及寻优流程 ．
１ ７
ｌ 根管道 的 总容积 ， ３ ｍ
智 能压 路机 的振 动 调频 液压 系统 由变 量泵 一定 量
且 常 常不 是最 优解 ［ｌ因此 本 文 提 出一 种采 用 遗传 算 ２，
法对 ＰＤ参 数进 行 整定 的新 方法 。 Ｉ
马达组 成 ， 其工作 原理 如 图 １ 所示 。通 过 控制 器 调 整 ａ 变量泵 上 电液 比例 阀 的输 入 电流就 可 改变 变量 泵斜 盘 的倾角 ， 而改 变变 量泵 的排 量 ， 到 改变振 动 马达 的 从 达 转 速 即调 整振动 频率 的 目的 。该 系统 中 的控制 器 主要 起 信号 的 比较 、 法 实现 和输 出信 号 的调制 作用 ， 主 算 其 要 组成 如 图 １ 示 。控 制 器 采 样 周 期 为 １ ｌ 采 用 ｂ所 ０Ｉ ， ｌ ｓ ＰＤ控制 算法 作 为控 制 器 的基 本 算 法 … Ｉ １。ＰＤ控 制 算 Ｉ
法 由于具 有① 系 统 设 计 简 单 ， 构 清 晰 ， 根 据 不 同 结 可
ｌ 控制对象的数学模型 智能 压路 机振 动 液压 系统 的传 递 函数 为［ ： ３ ］
塑 ｌ ｅ Ｉ 一
一 ＋ ． 工 ～
∞～一 一¨，
的控 制要 求 组成 比例 、 分 、 分 控 制 系 统 ， 有 较 强 积 微 具
Ｒ ｌ ｒ ＳＶｉ ｒｔｒ ｙ ｔｍ ｙ Ｇｅ ｅｉ ｇ ｒ ｈ ｏｌ ’ ｂ ａｏ ｙ Ｓ ｓ ｅ ｅ ｂ ｎ ｔ Ａｌｏ ｉ ｍｓ ｃ ｔ
Ｚ ＨＡＮ ，Ｔ ｕ Ｌ ＮＧ Ｓ ｕ —ｅ Ｇ Ｙｉ ＡＩＹ ｎ， Ｏ ｈ ｉ ｎ ｇ
（ 长安大学 “ 道路施工技术与装备” 教育部重点 实验 室 ， 西 西安 陕
Ｋｐ ｄ —— 变 量 液压 泵 的排量 梯 度 ， ３ｒｄ ｍ ／ａ 液压 泵转 速 ， ｄ ｓ ｒ ／ ａ
Ｄ —— 液 压 马达 的弧 度排 量 ， ３ ｒ ｍ ／ａ ｄ Ｃ—— 液压 泵和液压 马达 的总泄漏 系数 ，『Ｎ・ ． ｒ／ ｓ 玎
— — ．
作用 在 液 压 马 达 轴 上 的 外 负 载 转 矩 ，
—
—
油液 有效体 积 弹性模 量 ， ／ ２ Ｎ ｍ
① 确 定 每个参 数 的大 致 取值 范 围 和编 码 长度 ， 进
行编 码 ：
－—— 液压 马达 和负 载 （ 『 折算 到 马达轴 上 ） 总转 的
动惯 量 ，ｇ ｍ ｋ・２
② 随机 产生 ｎ个 个体 构成 的初始 种群 Ｐ（） Ｏ； ③ 将种 群 中个体 解码 成 对应 的参数 值 ， 此 参数 用
对变量 泵摆 角的传 递 函数 为 ：
作， 产生下一代种群 Ｐ ｔ ） （ ＋１ ；
⑤ 重复 步骤③ 和④ ， 直至 参数 收敛 或 达 到预 定 的
目标 。
２ 采用遗传算法整定 ＰＤ参数 Ｉ 遗传算法（ Ａ 是模 拟 自然界遗传 机制 和生物进 Ｇ ）
的适应性 和灵活性 ； 参数可调 ， ② 可靠性高， 可以不依
赖 被控对 象 的精确 数 学 模 型 ， 于达 到 满 意 的 控 制 效 易 果 ； 程 序设 计 简单 ， 有繁 琐 的数 学 计算 ， 程 上 易 ③ 没 工 于实 现等 优点 ， 工 业 控 制 中的 到 了 广 泛应 用 。 实 现 在 ＰＤ算 法 的 关 键 在 于对 ３个 ＰＤ参 数 ｋ ， ；ｋ Ｉ Ｉ ｋ， ｄ的 整 定 。但 是 按常 规方 法对 ＰＤ参数进 行 的整 定是 通 过 实 Ｉ
Ｎ・ ｍ
ａ 作 原理 ）工
收 稿 日期 ：０５ｌ—４ ２０一２１
基 金项 目 ：８３ 项 目（０３ Ａ ３０ ０ “６ ” ２０Ａ ４０２ ）
ｂ ）控 制 器
作 者简介 ： 奕 （９３ ） 男 ， 张 １６一－， 江苏 苏州 人 ， 上， 博 副教 授 ． 主
图 １ 智能压路机振动调频 系统
曰 —— 液压 马达 和负 载 （ 折算 到 马达 轴上 ） 的总 黏
性阻 尼 系数 ， ｍ ｓ Ｎ・ ／
求 目标函数值 ．及适应度 函数 Ｆ ， ；
④ 应用 选择 ， 叉 ， 交 变异 算 子 对种 群 Ｐ（ ） 行操 ｔ进
令外 负载扭 矩 Ｔ． ， Ｉ ＝０ 即可 得 液 压 马 达 输 出转 速
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液压 与 气动
２０ ０６年第 ６ 期
采 用 遗 传 算 法 对 智 能 压 路 机 振 动 系统 ＰＤ 参 数 的整 定 Ｉ
张 奕。 邰 云。 龙水根
Ｃ ｎ ｒ ｎ ｈ Ｉ Ｐ ｒ ｍｅｅ ｓｏ ｎ ｅｌ ｅ ｔＶｉｒ ｔｒ ｏ ｆ ｍｉｇ ｔｅ Ｐ Ｄ ａ ａ ｔｒ ｆＩ ｔｌｉ ｎ ｂ ａｏｙ ｉ ｇ
７０６ ） １０ ４
摘 要： 文章提 出了采用遗传算法对智能压路机振动 系统 Ｐ Ｉ Ｄ参数进行整定的方法 ； 了遗传算法适 介绍 应度函数的选择 ， 并进行 了仿真计算。仿真结果显示采用遗传算法进行 Ｐ Ｉ Ｄ参数整定后的振动 系统具有 良
好 的控 制特性 。
关键词： 智能压路机 ； 振动 系统 ； 遗传算法；Ｉ ＰＤ参数整定 中图分类号 ：Ｐ７ 文献标识码 ： 文章编号 ： Ｏ－８８２ｏ ）６ ０６ ３ Ｔ ２３ Ｂ ｌ Ｏ ５ （ｏ６ｏ． １． Ｏ ４ ０ ０
验结 合试 凑法 或经 验 数据 进行 的 ， 往往 带有 经验 性 ， 并
式中 ——液压谐振频率， ｈ ／ Ｌ ＶＪ 叫 ＝￣』ｏ ／ ｏ ９
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要从事液 压传 动与控 制 ， 程机 械机 电液． 工 体化 技术 以及 智能 化工程机械 等方面的教学 、 研和实验室建设 工作。 科
维普资讯 http://www.cqvip.om２０ ０６年第 ６期
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液压 与气动
２ ３ 参数整定及寻优流程 ．
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ｌ 根管道 的 总容积 ， ３ ｍ
智 能压 路机 的振 动 调频 液压 系统 由变 量泵 一定 量
且 常 常不 是最 优解 ［ｌ因此 本 文 提 出一 种采 用 遗传 算 ２，
法对 ＰＤ参 数进 行 整定 的新 方法 。 Ｉ
马达组 成 ， 其工作 原理 如 图 １ 所示 。通 过 控制 器 调 整 ａ 变量泵 上 电液 比例 阀 的输 入 电流就 可 改变 变量 泵斜 盘 的倾角 ， 而改 变变 量泵 的排 量 ， 到 改变振 动 马达 的 从 达 转 速 即调 整振动 频率 的 目的 。该 系统 中 的控制 器 主要 起 信号 的 比较 、 法 实现 和输 出信 号 的调制 作用 ， 主 算 其 要 组成 如 图 １ 示 。控 制 器 采 样 周 期 为 １ ｌ 采 用 ｂ所 ０Ｉ ， ｌ ｓ ＰＤ控制 算法 作 为控 制 器 的基 本 算 法 … Ｉ １。ＰＤ控 制 算 Ｉ
法 由于具 有① 系 统 设 计 简 单 ， 构 清 晰 ， 根 据 不 同 结 可
ｌ 控制对象的数学模型 智能 压路 机振 动 液压 系统 的传 递 函数 为［ ： ３ ］
塑 ｌ ｅ Ｉ 一
一 ＋ ． 工 ～
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（ 长安大学 “ 道路施工技术与装备” 教育部重点 实验 室 ， 西 西安 陕
Ｋｐ ｄ —— 变 量 液压 泵 的排量 梯 度 ， ３ｒｄ ｍ ／ａ 液压 泵转 速 ， ｄ ｓ ｒ ／ ａ
Ｄ —— 液 压 马达 的弧 度排 量 ， ３ ｒ ｍ ／ａ ｄ Ｃ—— 液压 泵和液压 马达 的总泄漏 系数 ，『Ｎ・ ． ｒ／ ｓ 玎
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作用 在 液 压 马 达 轴 上 的 外 负 载 转 矩 ，
—
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油液 有效体 积 弹性模 量 ， ／ ２ Ｎ ｍ
① 确 定 每个参 数 的大 致 取值 范 围 和编 码 长度 ， 进
行编 码 ：
－—— 液压 马达 和负 载 （ 『 折算 到 马达轴 上 ） 总转 的
动惯 量 ，ｇ ｍ ｋ・２
② 随机 产生 ｎ个 个体 构成 的初始 种群 Ｐ（） Ｏ； ③ 将种 群 中个体 解码 成 对应 的参数 值 ， 此 参数 用
对变量 泵摆 角的传 递 函数 为 ：
作， 产生下一代种群 Ｐ ｔ ） （ ＋１ ；
⑤ 重复 步骤③ 和④ ， 直至 参数 收敛 或 达 到预 定 的
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２ 采用遗传算法整定 ＰＤ参数 Ｉ 遗传算法（ Ａ 是模 拟 自然界遗传 机制 和生物进 Ｇ ）
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赖 被控对 象 的精确 数 学 模 型 ， 于达 到 满 意 的 控 制 效 易 果 ； 程 序设 计 简单 ， 有繁 琐 的数 学 计算 ， 程 上 易 ③ 没 工 于实 现等 优点 ， 工 业 控 制 中的 到 了 广 泛应 用 。 实 现 在 ＰＤ算 法 的 关 键 在 于对 ３个 ＰＤ参 数 ｋ ， ；ｋ Ｉ Ｉ ｋ， ｄ的 整 定 。但 是 按常 规方 法对 ＰＤ参数进 行 的整 定是 通 过 实 Ｉ
Ｎ・ ｍ
ａ 作 原理 ）工
收 稿 日期 ：０５ｌ—４ ２０一２１
基 金项 目 ：８３ 项 目（０３ Ａ ３０ ０ “６ ” ２０Ａ ４０２ ）
ｂ ）控 制 器
作 者简介 ： 奕 （９３ ） 男 ， 张 １６一－， 江苏 苏州 人 ， 上， 博 副教 授 ． 主
图 １ 智能压路机振动调频 系统
曰 —— 液压 马达 和负 载 （ 折算 到 马达 轴上 ） 的总 黏
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④ 应用 选择 ， 叉 ， 交 变异 算 子 对种 群 Ｐ（ ） 行操 ｔ进
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